何謂飛行時間（ToF）？飛行時間（ToF）：助力實現三維體驗 讓創意起飛

我們已習慣使用Microsoft Teams、Zoom和Google Meet來改善遠程會議體驗。但即便如此，所有這些互動仍然局限于第二維度，無法帶給我們真正沉浸式、生活化的三維體驗。

盡管當前元宇宙、AR/VR，甚至全息傳送（高質量的三維人物模型，能夠在全球任意位置進行實時重構和傳輸）掀起了一股熱潮，但距離實現最終的跨越現實型耳機，我們還有很長的路要走。

將二維互動轉換為沉浸式的三維互動頗有難度，需要融合多項技術才能實現。雖然3D顯示屏和空間音頻內容已獨立存在了一段時間，但它們只是靜態的，需要固定的觀看和收聽位置。在橋接現實世界和數字世界這一領域，3D飛行時間（ToF）技術已進入下一階段，通過將靜態的三維互動轉換為能夠感知情境的沉浸式互動，可動態適應所有環境類型（人與人的遠程互動、人機互動或機器與機器的互動）中的用戶情境和機器情境。

從小學到研究生院——智能設備的發展

分析師的報告，2021年全球智能家居設備的交付量增長了近12%，該項研究還預測，到2026年，其交付量將保持兩位數增長。消費者現在期望所有設備都能不斷發展，更具智能且無需接觸也能操控，包括燈泡、家用設備、電視、汽車等等。

+12%

2021年度智能家居設備的增長率

在過去10年，智能家居不斷發展，智能的定義也是如此。基礎的智能設備一般都很簡單——都需要聯網、受到控制或監測，例如掃地機器人。更先進一些的智能設備能夠感知周圍環境。它們可能還啟用了GPS，例如，當您進入一定范圍內，會自動為您打開家中的暖氣，無需您觸摸按鈕或屏幕。

甚至，更智能的設備能夠傾聽您的語音指令，并理解其中的意思，提供一定水平的個性化體驗。例如，您家中使用的智能揚聲器還能充當智能管家，當您準備睡覺時，幫您降下窗簾、調暗燈光、調節室內溫度，并播放舒緩的音樂。

下一次智能革命會賦予智能設備另一項人類感知——視覺。這些設備能夠檢測和分析我們周圍的環境，然后根據分析結果做出決定。這些設備背后的支持技術是景深測量，這是實現飛行時間（ToF）的關鍵使能因素。

何謂飛行時間（ToF）？

飛行時間（ToF）攝像機向物體發射光束，該光束會反射至傳感器，攝像機測量發射光束與反射光線被傳感器接收之間的時間延遲，由此測量與物體之間的距離。這個過程與超聲波類似，后者通過聲音，而非光線來測量距離，雷達則通過無線電波來測量距離。與超聲相比，飛行時間（ToF）攝像機能夠更快生成具有高（深度）精度的高分辨率深度圖（空間分辨率與RGB攝像機相當），且能覆蓋更大范圍——畢竟，光速遠遠大于聲速。雖然雷達的探測距離更遠，但飛行時間（ToF）的準確性與分辨率均更勝一籌。

我們主要采用兩種方法來測量飛行時間（ToF）的時延：間接飛行時間（ToF）（iToF）和直接飛行時間（ToF）（dToF）：

間接ToF和直接ToF

iToF系統使用連續波（CW）方法，該方法測量發送和接收的光脈沖之間的相移。

dToF攝像機使用基于脈沖的方法，該方法測量發射的脈沖和接收的光脈沖之間的經過時間。使用CW iToF圖像傳感器的優勢之一：它們基于傳統的半導體基礎設施進行大規模量產，能夠以經濟的成本實現高像素密度的短程成像。

ToF讓設備能夠感知環境，并據此作出更明智的決定——從根據室內人數來調節室溫，到根據購物體驗識別人們感興趣的商品。

選擇iToF，還是dToF深度成像系統，最終要看應用需求和使用環境。iToF適用于需要高空間分辨率的短程成像（0.5米、5米和10米）。dToF更適合對空間分辨率要求不高的遠距離成像。人工智能（AI）和光學系統設計使得選擇iToF技術和dToF技術的分界線不再那么清晰明確。在能感知環境的智能邊緣系統中，iToF和dToF傳感器都與RGB圖像和慣性傳感器集成，并在AI的助力之下提升性能，消除偽影。

就像鼠標改變了計算機交互，觸摸屏技術推動了智能手機和平板電腦的普及一樣，飛行時間（ToF）技術正在助力實現非接觸式3D交互。在推動工業4.0發展方面，飛行時間（ToF）技術具有類似效用。從用于質量檢測的工業機器視覺，到用于資產管理的體積檢測，再到推動自主（設備）生產的導航技術，制造行業開始采用這些傳感技術，并逐步轉向適合惡劣工業環境的高分辨率系統。

但是，飛行時間（ToF）技術從哪些方面改變了我們的日常生活？如今，有哪些技術突破能夠與彩電或個人計算機媲美？

人機接口：飛行時間（ToF）應用

目前，我們周圍采用飛行時間（ToF）技術的應用層出不窮，從汽車座艙安全，到家庭運動設備，再到游戲和畫面逼真的3D遠程協作。飛行時間（ToF）技術的未來應用之一是自動駕駛汽車中，作為雷達、LIDAR和其他深度傳感器的補充。

以下是巧妙使用飛行時間（ToF）技術的一些場景，它們讓我們的生活更美好、更安全，更有樂趣：

3D遠程協作

ToF將硬件和軟件的技術進步相結合，讓朋友、家人和同事覺得他們仿佛是在一起，即使他們相隔甚遠。在參加沉浸式3D會議時，您不再受扁平的2D圖像限制，您能看到和真人一般大小的三維人像，仿佛他們真的和您身處同一房間。

座艙/汽車輔助駕駛技術

飛行時間（ToF）技術助您感受使用先進駕駛輔助系統（ADAS）的樂趣，該技術提供人臉和運動監測，能夠檢測駕駛員是否打瞌睡，或者提醒您車輛已偏離路線。手勢控制技術讓駕駛員能夠在視線不離道路的情況下接聽電話、切換音頻或調節車內溫度。

家庭運動設備

居家健身行業不斷發展，除了在線動感單車和瑜伽課程之外，現在還包含智能健身鏡。當內置的虛擬教練為您提供深蹲指導時，實際是他腦中的飛行時間（ToF）技術在發揮作用。

家庭影院

飛行時間（ToF）技術讓您的家庭影院系統非常智能，能夠動態調節聲音均衡，以補償觀眾位置變化或環境改變的情況，例如增添了新家具。

購物

在線購物已經變得非常簡單和便捷，使很多不愿前往實體店的購物者，也能親身查看自己感興趣的物品。飛行時間（ToF）技術讓您能夠使用手機測量空間環境，并重新規劃您的房間布局，或者，先由您的三維人像試穿衣服，再決定是否購買。

游戲和元宇宙

通過佩戴AR/VR耳機，人們能夠基于飛行時間（ToF）系統獲取的深度信息，通過手勢跟蹤與置于真實世界中的虛擬物體進行交互，更準確地連接真實世界和數字世界，從而獲得沉浸式體驗。

智能工廠

ToF技術助力實現的機器視覺是推動實現靈活、自適應生產配置的關鍵因素。這讓人與機器能夠安全協作，幫助提高生產力、不斷提升質量，充分挖掘工廠的產能。

ADI的飛行時間（ToF）技術，讓創意起飛

如果以當前的速度繼續加速創新，那么在未來的十年或二十年，我們將迎來另一場改變生活方式的創新浪潮。深度傳感器和成像技術的廣泛應用可能帶來超出我們想象的智能設備，或者會出現全新的技術，讓智能鏡和AR耳機變得和掃地機器人一樣平常。

ADI幫助客戶共同打造新品，并充分利用智能邊緣見解，包括飛行時間（ToF）系統解決方案。ADI先進的飛行時間（ToF）成像傳感器與完整的系統解決方案配合，將數據處理、激光驅動器、電源管理和軟件/固件集成到同一設備中，以實現下一代智能邊緣解決方案。

來源 ：ADI 公司高級首席工程師 Eoin English